(57)【要約】【課題】  複数台の送風機を安全に運転して新鮮な空気を効率良く送風できる送風装置を提供する。【解決手段】  ２台目の送風機２の吸入口２Ｂ内の圧力変動に追従するように２台目の送風機２の回転数が送風機運転制御装置によって安全に制御されるため、２台目の送風機２の吸入口２Ｂ側のビニール風管３が過圧や負圧によって破損する恐れや、１台目の送風機１あるいは２台目の送風機２がサージング現象により破損する恐れが解消される。そして、１台目の送風機１および２台目の送風機２の運転により、汚れた空気の混入のない新鮮な空気がビニール風管３，６を介して効率良く送風される。【選択図】  図１
2005061019.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配管を介して相互に直列に接続された複数台の送風機を備える送風装置であって、
前記送風機の吸入側の圧力変動または風量変動に追従して前記送風機の運転を制御する送風機運転制御装置を備えていることを特徴とする送風装置。
【請求項２】
前記送風機運転制御装置は、前記送風機の吐出側の圧力または風量が所定の制限値以下となるように前記送風機の運転を制御することを特徴とする請求項１に記載の送風装置。
【請求項３】
前記送風機運転制御装置は、前記送風機の吸入側の圧力を検出する圧力センサを備え、この圧力センサの検出値に基づいて前記送風機の回転数を制御するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の送風装置。
【請求項４】
前記送風機運転制御装置は、前記送風機の吐出側の圧力を検出する圧力センサを備え、この圧力センサの検出値に基づいて前記送風機の回転数を制御するように構成されていることを特徴とする請求項２または３に記載の送風装置。
【請求項５】
前記圧力センサは、前記送風機と配管とを接続する接続部材に設置されていることを特徴とする請求項３または４に記載の送風装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばトンネルの施工時などに坑内を換気するために使用される送風装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
トンネルの施工時における坑内の換気には、送風機を備えた送風装置が一般に使用されている。この送風装置において、送風機は吐出口を坑内に向けて坑口付近に設置され、送風機の吐出口には接続リング等を介してビニール風管などの配管が接続されている。そして、この送風装置では、送風機の運転により坑口付近の空気がビニール風管などを介して切羽側へ送風されるようになっている。
【０００３】
ここで、トンネル延長が２〜３ｋｍに及ぶ場合には、長い配管経路による送風の圧力損失を補うため、ビニール風管の途中に２台目、あるいは３台目以上の送風機が設置されることがある（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
ところで、このように複数台の送風機が長い配管経路を介して相互に直列に接続される場合、２台目の送風機の吸入側への流入送気量が吐出側の流出送気量より大きいと、２台目の送風機の吸入側のビニール風管が過圧により破損する恐れがある。また、１台目の送風機に過大な負荷が発生して１台目の送風機がサージング現象により破損する恐れがある。
【０００５】
反対に、２台目の送風機の吸入側への流入送気量が吐出側の流出送気量より小さいと、２台目の送風機の吸入側のビニール風管が負圧により潰れて破損する恐れがある。また、２台目の送風機に過大な負荷が発生して２台目の送風機がサージング現象により破損する恐れがある。
【０００６】
そこで、このようなビニール風管や送風機の破損を防止するため、従来一般には、２台目の送風機の吸入口とその吸入側のビニール風管の端部との間に１〜２ｍ程度の間隔を開けることにより、２台目の送風機の吸入側への流入送気量を吐出側の流出送気量に応じて加減している。
【特許文献１】特開平０９−０９６１９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来のように２台目の送風機の吸入口とその吸入側のビニール風管などの端部との間に１〜２ｍ程度の間隔を開けると、送気ロスが大きくなって送気効率が低下すると共に、２台目の送風機の吸入口に坑内の汚れた空気が吸い込まれることもあり、この場合には、切羽に汚れた空気が送風されるという問題が発生する。
【０００８】
そこで、本発明は、複数台の送風機を安全に運転して新鮮な空気を効率良く送風できる送風装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る送風装置は、配管を介して相互に直列に接続された複数台の送風機を備える送風装置であって、送風機の吸入側の圧力変動または風量変動に追従して送風機の運転を制御する送風機運転制御装置を備えていることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る送風装置では、送風機の吸入側の圧力変動または風量変動に追従するように送風機運転制御装置が送風機の運転を安全に制御するため、送風機の吸入側の配管が過圧や負圧によって破損する恐れや、送風機がサージング現象により破損する恐れが解消される。そして、複数台の送風機の運転により、汚れた空気の混入のない新鮮な空気が配管を介して効率良く送風される。
【００１１】
本発明の送風装置において、送風機の吐出側の圧力または風量が所定の制限値以下となるように送風機運転制御装置が送風機の運転を制御する場合には、送風機の過回転が未然に防止されるので好ましい。
【００１２】
本発明の送風装置において、送風機運転制御装置は、送風機の吸入側の圧力を検出する圧力センサを備え、この圧力センサの検出値に基づいて送風機の回転数を制御するように構成することができる。同様に、送風機運転制御装置は、送風機の吐出側の圧力を検出する圧力センサを備え、この圧力センサの検出値に基づいて送風機の回転数を制御するように構成することができる。
【００１３】
本発明の送風装置において、送風機運転制御装置が備える圧力センサは、送風機と配管とを接続する接続部材に設置することができる。この場合、送風機に圧力センサを設置するための加工を施す必要がないので、送風機がレンタルの場合に好適である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る送風装置によれば、送風機の吸入側の圧力変動または風量変動に追従するように送風機運転制御装置が送風機の運転を安全に制御するため、送風機の吸入側の配管が過圧や負圧によって破損する恐れや、送風機がサージング現象により破損する恐れを解消することができる。そして、複数台の送風機の運転により、汚れた空気の混入のない新鮮な空気を配管を介して効率良く送風することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明に係る送風装置の実施の形態を説明する。参照する図面において、図１は一実施形態に係る送風装置の概略構成を模式的に示す側面図、図２は一実施形態に係る送風装置が備える送風機運転制御装置の構成を示すブロック図である。
【００１６】
一実施形態に係る送風装置は、例えば延長が３ｋｍ程度のトンネルの施工時に坑内を換気するために使用される送風装置であって、図１に示すように、トンネルＴの坑口付近に設置される１台目の送風機１と、トンネルＴの坑口から１５００ｍ程度離れた坑内の中ほどに設置される２台目の送風機２とを備えている。
【００１７】
１台目の送風機１および２台目の送風機２は、いずれも交流モータによって駆動される送気式の軸流型送風機であって、１台目の送風機１はその吐出口１Ａを坑内に向けて設置され、２台目の送風機２はその吐出口２Ａを切羽Ｋに向けて設置されている。
【００１８】
１台目の送風機１の吐出口１Ａには、配管としてのビニール風管３の一端部が接続部材としての接続リング４を介して固定され、このビニール風管３の他端部は、接続部材としての接続リング５を介して２台目の送風機２の吸入口２Ｂに接続されている。そして、２台目の送風機２の吐出口２Ａには、配管としてのビニール風管６の一端部が接続部材としての接続リング７を介して固定され、このビニール風管６の他端部は切羽Ｋ付近に臨んでいる。
【００１９】
なお、トンネルＴの坑内の切羽Ｋ付近に送風する必要送気量を例えば１２００ｍ3／ｍｉｎとしたとき、１台目の送風機１としては、定格の送気量が２０００ｍ3／ｍｉｎ程度のものが使用され、２台目の送風機２としては、定格の送気量が１５００ｍ3／ｍｉｎ程度のものが使用される。
【００２０】
ここで、１台目の送風機１から２台目の送風機２の吸入口２Ｂに送気される風量に対応した送風機２の吸入側圧力（吸入圧力）を検出するため、吸入口２Ｂ側の接続リング５には、例えば圧力センサ８が設置されている。また、２台目の送風機２の吐出口２Ａから吐出される風量に対応した吐出側圧力（吐出圧力）を検出するため、吐出口２Ａ側の接続リング７には、同様の圧力センサ９が設置されている。さらに、１台目の送風機１の吐出口１Ａから吐出される風量に対応した吐出側圧力（吐出圧力）を検出するため、吐出口１Ａ側の接続リング４にも同様の圧力センサ１０が設置されている。
【００２１】
圧力センサ８，９，１０は、全圧測定孔と静圧測定孔とを有するピトー管部分が各接続リング５，７，４の内側に臨ませて設置された差圧式の圧力センサであって、全圧測定孔で検出した全圧と静圧測定孔で検出した静圧とをそれぞれ電気信号に変換して出力するように構成されている。
【００２２】
ここで、一実施形態の送風装置においては、２台目の送風機２の吸入口２Ｂ側の風量変動に対応した圧力変動に追従するように２台目の送風機２の運転を制御すると共に、吐出口２Ａ側の風量に対応した吐出圧力が所定の制限値以下となるように２台目の送風機２の運転を制御するための送風機運転制御装置１１が２台目の送風機２に付設されている。また、１台目の送風機１にも同様の送風機運転制御装置１２が付設されている。
【００２３】
送風機運転制御装置１１および送風機運転制御装置１２は、略同様に構成されているため、一方の送風機運転制御装置１１について説明し、他方の送風機運転制御装置１２については説明を省略する。
【００２４】
送風機運転制御装置１１は、図２に示すように、圧力センサ８，９の検出信号に基づいて２台目の送風機２の駆動モータ１３の回転を制御するため、吸入圧力演算部１１Ａ、吐出圧力演算部１１Ｂ、モータ制御信号出力部１１Ｃおよびモータ駆動回路１１Ｄを備えている。
【００２５】
なお、この送風機運転制御装置１１は、基本的なハードウェア構成として、圧力センサ８，９との間の入出力インターフェースＩ／Ｏ、圧力センサ８，９から入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータの他、プログラムやデータを記憶しているＲＯＭ（Read Only Memory）、データ等を一時記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）、プログラムおよびデータに基づいて各種の演算処理を行うＣＰＵ（Central Processing Unit）等を備えている。
【００２６】
吸入圧力演算部１１Ａは、送風機２の吸入口２Ｂ側の接続リング５に設置された圧力センサ８から全圧Ｐ1Aおよび静圧Ｐ1Bの検出信号をそれぞれ入力し、その静圧Ｐ1Bを送風機２の吸入側圧力（吸入圧力）としてモータ制御信号出力部１１Ｃに出力する。同様に、吐出圧力演算部１１Ｂは、送風機２の吐出口２Ａ側の接続リング７に設置された圧力センサ９から全圧Ｐ2Aおよび静圧Ｐ2Bの検出信号をそれぞれ入力し、その静圧Ｐ2Bを送風機２の吐出側圧力（吐出圧力）としてモータ制御信号出力部１１Ｃに出力する。
【００２７】
モータ制御信号出力部１１Ｃは、吸入圧力演算部１１Ａから入力した吸入圧力Ｐ1Bおよび吐出圧力演算部１１Ｂから入力した吐出圧力Ｐ2Bの範囲に応じて送風機２をインバータ方式により定速運転、加速運転または減速運転させるための制御信号を交流式の駆動モータ１３のモータ駆動回路１１Ｄに出力する。
【００２８】
すなわち、モータ制御信号出力部１１Ｃは、吸入圧力Ｐ1Bが送風機２の定常運転に支障のない範囲である圧力Ｐ1ｄｏｗｎ以上で圧力Ｐ1ｒｕｎ未満の範囲にある場合、駆動モータ１３を定速回転させるための定速回転信号をモータ駆動回路１１Ｄに出力し、吸入圧力Ｐ1Bが圧力Ｐ1ｒｕｎ以上になると、駆動モータ１３を加速回転させるための加速回転信号をモータ駆動回路１１Ｄに出力し、吸入圧力Ｐ1Bが圧力Ｐ1ｄｏｗｎ未満で圧力Ｐ1ｓｔｏｐ以上となったときには、駆動モータ１３を減速回転させるための減速回転信号をモータ駆動回路１１Ｄに出力する。
【００２９】
そして、このモータ制御信号出力部１１Ｃは、吸入圧力Ｐ1Bが送風機２の運転を停止させるべきＰ1ｓｔｏｐ未満となったときには、駆動モータ１３の回転を停止させるための回転停止信号をモータ駆動回路１１Ｄに出力する。
【００３０】
また、モータ制御信号出力部１１Ｃは、送風機２の過回転を防止するため、吐出圧力演算部１１Ｂから入力した吐出圧力Ｐ2Bが所定の制限値である圧力Ｐ2ｍａｘ以上となった場合、駆動モータ１３を減速回転させるための減速回転信号をモータ駆動回路１１Ｄに出力する。
【００３１】
以上のように構成された一実施形態の送風装置では、図１に示す１台目の送風機１および２台目の送風機２が協調して運転されることにより、トンネルＴの坑口付近の新鮮な空気がビニール風管３，６を介してトンネルＴの切羽Ｋ付近に効率良く送風される。
【００３２】
ここで、２台目の送風機２は、図２に示す送風機運転制御装置１１により、図３に示すフローチャートの手順に沿って吸入口２Ｂ側の吸入圧力Ｐ1Bの変動に追従するように駆動モータ１３の回転数が制御され、また、吐出口２Ａ側の吐出圧力Ｐ2Bが所定の制限値Ｐ2ｍａｘ以下となるように駆動モータ１３の回転数が制御される。
【００３３】
図３に示すように、まず、２台目の送風機２の吸入口２Ｂ側の吸入圧力Ｐ1Bが圧力Ｐ1ｒｕｎを超えたか否かが判定される（ＳＴ１）。この判定は、１台目の送風機１からの送気が２台目の送風機２の吸入口２Ｂ内に到達し、吸入圧力Ｐ1Bが圧力Ｐ1ｒｕｎを超えて判定結果がＹＥＳとなるまで繰り返される。
【００３４】
ステップＳＴ１の判定結果がＹＥＳとなると、続くステップＳＴ２により、２台目の送風機２の吐出口２Ａ側の吐出圧力Ｐ2Bが所定の制限値である圧力Ｐ2ｍａｘ未満であるか否かが判定される。そして、この判定結果がＹＥＳであれば、次のステップＳＴ３に進む。
【００３５】
一方、ステップＳＴ２の判定結果がＮＯであって吐出圧力Ｐ2Bが圧力Ｐ2ｍａｘ以上であれば、モータ制御信号出力部１１Ｃがモータ駆動回路１１Ｄに駆動モータ１３を減速回転させるための減速回転信号を出力して減速回転制御を実行し（ＳＴ４）、その後、ステップＳＴ２に戻る。従って、２台目の送風機２は、過回転が防止されて安全に運転される。
【００３６】
なお、説明を省略したが、１台目の送風機１も、吐出口１Ａ側の吐出圧力Ｐ2Bが圧力Ｐ2ｍａｘ以上であれば、送風機運転制御装置１２（図１参照）により同様の減速回転制御が実行されることで、過回転が防止されて安全に運転される。
【００３７】
ステップＳＴ３では、２台目の送風機２の吸入口２Ｂ側の吸入圧力Ｐ1Bが圧力Ｐ1ｒｕｎ未満であるか否かが判定される。そして、この判定結果がＹＥＳであれば、次のステップＳＴ５に進む。
【００３８】
一方、ステップＳＴ３の判定結果がＮＯであって吸入圧力Ｐ1BがＰ1ｒｕｎ以上であれば、モータ制御信号出力部１１Ｃがモータ駆動回路１１Ｄに駆動モータ１３を加速回転させるための加速回転信号を出力して加速回転制御を実行し（ＳＴ６）、その後、ステップＳＴ２に戻る。
【００３９】
従って、２台目の送風機２は、吸入口２Ｂ側の圧力上昇による過圧化が抑制されるようになり、吸入口２Ｂ側のビニール風管３が過圧によって破損する事態や、１台目の送風機１がサージング現象により破損する事態が未然に回避される。
【００４０】
ステップＳＴ５では、２台目の送風機２の吸入口２Ｂ側の吸入圧力Ｐ1Bが圧力Ｐ1ｄｏｗｎ未満であるか否かが判定される。この判定結果がＹＥＳであれば、次のステップＳＴ７に進む。
【００４１】
一方、ステップＳＴ５の判定結果がＮＯであって、吸入圧力Ｐ1Bが送風機２の定常運転に支障のない範囲である圧力Ｐ1ｄｏｗｎ以上、圧力Ｐ1ｒｕｎ未満であれば、モータ制御信号出力部１１Ｃがモータ駆動回路１１Ｄに駆動モータ１３を定速回転させるための定速回転信号を出力して定速回転制御を実行し（ＳＴ８）、その後、ステップＳＴ２に戻る。
【００４２】
ステップＳＴ７では、２台目の送風機２の吸入口２Ｂ側の吸入圧力Ｐ1Bが送風機２の運転を停止させるべき圧力Ｐ1ｓｔｏｐ未満であるか否かが判定される。この判定結果がＹＥＳであって吸入圧力Ｐ1Bが圧力Ｐ1ｓｔｏｐ未満であれば、続くステップＳＴ９により、モータ制御信号出力部１１Ｃがモータ駆動回路１１Ｄに駆動モータ１３の回転を停止させるための回転停止信号を出力して回転停止制御を実行する。
【００４３】
一方、ステップＳＴ７の判定結果がＮＯであって吸入圧力Ｐ1Bが圧力Ｐ1ｓｔｏｐ以上、圧力Ｐ1ｄｏｗｎ未満であれば、モータ制御信号出力部１１Ｃがモータ駆動回路１１Ｄに駆動モータ１３を減速回転させるための減速回転信号を出力して減速回転制御を実行し（ＳＴ１０）、その後、ステップＳＴ２に戻る。
【００４４】
従って、２台目の送風機２は、吸入口２Ｂ側の圧力低下による負圧化が抑制されるようになり、吸入口２Ｂ側のビニール風管３が負圧によって破損する事態や、２台目の送風機２がサージング現象により破損する事態が未然に回避される。
【００４５】
すなわち、一実施形態の送風装置によれば、１台目の送風機１および２台目の送風機２の過回転を防止してこれを安全に運転することができると共に、２台目の送風機２の吸入口２Ｂ側のビニール風管３が過圧や負圧によって破損する事態を未然に回避することができる。また、１台目の送風機１や２台目の送風機２がサージング現象により破損する事態を未然に回避することができる。
【００４６】
そして、１台目の送風機１および２台目の送風機２の協調運転により、トンネルＴの坑口付近の新鮮な空気をビニール風管３，６を介してトンネルＴの切羽Ｋ付近に効率良く送風することができ、ビニール風管３，６の途中から坑内の汚れた空気が混入する事態も未然に回避することができる。
【００４７】
一実施形態の送風装置においては、圧力センサ８，９，１０がそれぞれ接続リング５，７，４に設置されているため、送風機１，２に圧力センサ８，９，１０を設置するための加工を施す必要がなく、送風機１，２がレンタルの場合に好適である。
【００４８】
本発明に係る送風装置は、前述した一実施形態に限定されるものではない。例えば、２台目の送風機２とトンネルＴの切羽Ｋとの間の配管の途中に３台目の送風機を設置してもよい。この場合、３台目の送風機も圧力センサ８，９と同様の圧力センサおよび送風機運転制御装置１１と同様の送風機運転制御装置により、２台目の送風機２と同様に運転が制御される。
【００４９】
また、圧力センサ８，９，１０は、ピトー管を有する差圧式のものに限らず、静電容量式、歪みゲージ式、差動トランス式など、圧力の検出信号を電気信号として出力できる各種の圧力センサに変更することができる。
【００５０】
さらに、送風機運転制御装置１１は、吸入圧力演算部１１Ａおよび吐出圧力演算部１１Ｂをそれぞれ吸入側風量演算部および吐出側風量演算部に変更することにより、送風機２の吸入口２Ｂ側の吸入風量の変動に追従して駆動モータ１３の加速、定速、減速の回転制御を実行するように構成すると共に、送風機２の吐出口２Ａ側の吐出風量が所定の制限値以下となるよう駆動モータ１３の減速回転制御を実行するように構成してもよい。
【００５１】
この場合、吸入側風量演算部は、圧力センサ８が検出した接続リング５内の全圧Ｐ1Aと静圧Ｐ1Bとの差圧を所定の算出式に代入することにより接続リング５内の風速Ｖｉｎ（ｍ／ｓｅｃ）を算出し、この風速Ｖｉｎ（ｍ／ｓｅｃ）に接続リング５の開口断面積（ｍ2）を乗算して送風機２の吸入口２Ｂ側の吸入風量Ｑｉｎ（ｍ3／ｍｉｎ）を算出するように構成する。同様に、吐出側風量演算部は、圧力センサ９が検出した接続リング７内の全圧Ｐ2Aと静圧Ｐ2Bとの差圧に基づいて接続リング７内の風速Ｖｏｕｔ（ｍ／ｓｅｃ）を算出し、この風速Ｖｏｕｔ（ｍ／ｓｅｃ）に接続リング７の開口断面積（ｍ2）を乗算して送風機２の吐出口２Ａ側の吐出風量Ｑｏｕｔ（ｍ3／ｍｉｎ）を算出するように構成する。
【００５２】
そして、モータ制御信号出力部１１Ｃは、図３のフローチャートに示した吸入圧力Ｐ1Bおよび吐出圧力Ｐ2Bをそれぞれ前記の吸入風量および吐出風量に置き換えると共に、圧力Ｐ1ｒｕｎ、Ｐ1ｄｏｗｎ、Ｐ1ｓｔｏｐを吸入風量に対応したものに置き換え、かつ、圧力Ｐ2ｍａｘを吐出風量に対応したものに置き換えることにより、所定の制御信号をモータ駆動回路１１Ｄに出力するように構成する。
【００５３】
一方、送風機１，２の駆動モータ１３は、直流サーボモータに変更することができる。この場合、駆動モータ１３に流す電流をパルス幅変調により制御して駆動モータ１３の回転を制御するため、送風機運転制御装置１１のモータ制御信号出力部１１Ｃは、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御信号を出力するように構成を変更する。そして、モータ駆動回路１１Ｄは、ＰＷＭ制御信号に応じてパワーＦＥＴ（Field Effect Transistor）のブリッジ回路をスイッチング駆動することにより、所定のデューティ比の駆動電流によって駆動モータ１３の回転を制御する構成とする。送風機運転制御装置１２も同様の構成とする。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の一実施形態に係る送風装置の概略構成を模式的に示す側面図である。
【図２】一実施形態に係る送風装置が備える送風機運転制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】一実施形態に係る送風装置の送風機運転制御装置の作用を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５５】
１  １台目の送風機
１Ａ  吐出口
２  ２台目の送風機
２Ａ  吐出口
２Ｂ  吸入口
３，６  ビニール風管
４，５，７  接続リング（接続部材）
８，９，１０  圧力センサ
１１，１２  送風機運転制御装置
１１Ａ  吸入圧力演算部
１１Ｂ  吐出圧力演算部
１１Ｃ  モータ制御信号出力部
１１Ｄ  モータ駆動回路
１３  駆動モータ
【図１】
2005061019.tif 000003
【図２】
2005061019.tif 000004
【図３】
2005061019.tif 000005